過渡吸収現象を利用した極端紫外・軟X線領域の高強度アト秒パルスの生成

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K20113
• Research Institution: Japan Synchrotron Radiation Research Institute
• Principal Investigator: 大和田 成起 公益財団法人高輝度光科学研究センター, XFEL利用研究推進室, 研究員 (90725962)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 過渡吸収 / 近赤外数サイクルパルス

Outline of Annual Research Achievements

2021年度は、中心波長800 nmのチタンサファイアレーザーパルス(パルス幅：30 フェムト秒, パルスエネルギー：2 ミリジュール)を、希ガスを封入した中空ファイバーと分散補償ミラーからなるパルス圧縮装置に導入し、サブ10フェムト秒領域の近赤外パルスの発生を行った。自己相関計測および"Spectral phase interferometry for direct electric-field reconstruction (SPIDER)"によるパルス時間幅の評価を行ない、パルス幅10フェムト秒、パルスエネルギー200 マイクロジュールの近赤外数サイクルパルスが安定性て発生していることが確認された。また、理化学研究所のX線自由電子レーザー施設SACLAの軟X線ビームラインBL1にて、前年度に設計したヘリウムガスセルを用いて、光子エネルギー60.1 eVの極端紫外パルスの過渡的な吸収変化を観測する実験を行った。ガスセル内の圧力を変化させつつ、透過した極端紫外パルスのスペクトルを計測した。ガスセルを透過したスペクトルについて実験結果と計算値を比較することで、ガスセル内部の圧力が数百Torr以上に到達していることが見積もられ、構築した実験系にて本研究の遂行が可能であることが確認された。極端紫外パルスと近赤外数サイクルパルスの時間差を変化させながら、ガスセルを透過した極端紫外パルスの強度およびスペクトルの変化を測定した。極端紫外パルスの照射によって誘起されるガリウム砒素の過渡的な反射率変化を近赤外パルスを用いてプローブすることで、2つのパルスの時間差を評価し、同時に測定した透過スペクトルデータと比較することで、約20フェムト秒の時間分解能を得た。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

近赤外領域の数サイクルパルスの安定した発生に成功し、また超高真空環境下において、内部のヘリウム圧力が数百Torrを超えるガスセルによる実験装置の開発に成功し、本研究を遂行するための環境が整った。これらの実験装置の有用性はX線自由電子レーザー施設SACLAを利用した実験を通じて確認された。また、2021年度に行われたSACLA利用実験を通じて、本研究を遂行するためには高分解能のスペクトル計測も必要であることが確認された。

Strategy for Future Research Activity

近赤外領域の数サイクルパルスによって誘起される過渡的な吸収率の変化について、高分解能のスペクトル計測を行うことで高速で生じる電子状態の変化を捉え現象をより深く捉えることに主眼を置く。2021年度のSACLA利用実験で用いた分光器はE/ΔE=300程度であったが、E/ΔE=1500程度の分光器を用いたSACLA利用実験を、2022年度後半に行うことを計画している。また、自由電子レーザーだけではなく、近赤外レーザーの高次高調波などの光源を用いた予備実験についても検討を行う。

Causes of Carryover

広帯域化された近赤外パルスを圧縮する際に必要となる分散補償ミラー対が、当初の予定よりも少ない数で十分な分散補償を行うことができたため。また、学会参加費および旅費が不要であった。2022年度はガスセル内のヘリウム圧力を精密に制御するために、電子圧力コントローラーの購入を新たに予定している。